Prueba odométrica

Prueba odométrica (del griego antiguo οἰδέω oidéō [1] , "hinchazón" que también dio origen a la palabra inglesa edema ) también un método de compresión [2] , pruebas de consolidación (cuando las arcillas se prueban durante la prueba) - prueba de suelos para determinar las propiedades de consolidación del suelo del coeficiente de consolidación , [3] coeficiente de filtración ( ), así como las características de deformación y (carga primaria y secundaria, respectivamente), OCR, coeficientes de anisotropía mecánica y de filtración. Los ensayos de compresión compresiva se realizan en dispositivos de compresión (odómetros), que excluyen la posibilidad de expansión lateral de la muestra cuando se carga con una carga vertical. [cuatro]

Al ensayar arcillas , una muestra de suelo colocada en un anillo cilíndrico y rígido se comprime bajo la acción de una carga estática. La muestra de suelo se puede preparar sin perturbar o alterada. La descarga se realiza por etapas. Un total de seis niveles crean una presión de 0,25, 0,50, 1,0, 2,0, 4,0 y 8,0 kg/cm2, respectivamente. La muestra de suelo tiene un diámetro de 7 cm y una altura de 19 mm. La carga final es de aproximadamente 308 kg. Las cargas se aplican mediante un sistema de palanca.

Las pruebas odométricas están diseñadas para simular la deformación unidimensional y las condiciones de drenaje que experimentan los suelos en el campo. La muestra de suelo en la prueba del odómetro suele ser un disco redondo con una relación de diámetro a altura de aproximadamente 3:1. La muestra se mantiene en un anillo de restricción rígido que evita el desplazamiento lateral de la muestra de suelo, pero permite que la muestra se hinche o se contraiga en la dirección vertical en respuesta a los cambios en la carga aplicada. Se aplican tensiones verticales conocidas a la parte superior e inferior de la muestra , generalmente usando pesos libres y un brazo de palanca . Se varía la tensión vertical aplicada y se mide el cambio en el espesor de la muestra.

Toda la muestra se sumerge en agua para evitar que se seque. Las muestras de suelo saturado exhiben un fenómeno de consolidación en el que el volumen del suelo cambia gradualmente, dando una respuesta retardada a los cambios en los esfuerzos de confinamiento aplicados. Esto generalmente toma minutos u horas en el odómetro y registra el cambio en el espesor de la muestra a lo largo del tiempo, brindando mediciones de la tasa de consolidación y la permeabilidad del suelo .

Historia

Las pruebas fueron realizadas por primera vez por Frontar en 1910. Se cortó una muestra delgada (2 pulgadas de espesor y 14 pulgadas de diámetro) y se colocó en un recipiente de metal con fondo perforado. Luego, esta muestra se cargó progresivamente a través del pistón, lo que permitió alcanzar el equilibrio después de cada incremento. Para evitar que la arcilla se secara, la prueba se llevó a cabo en una habitación con mucha humedad. [5]

Carl von Terzaghi comenzó sus estudios en 1919 en el Robert College de Estambul . [5] A través de estos experimentos, Terzaghi comenzó a desarrollar su teoría de la consolidación, que fue publicada en 1923. El MIT desempeñó un papel clave en las primeras investigaciones de consolidación. Tanto Terdzaghi como Arthur Casagrande trabajaron en el MIT: Terdzaghi de 1925 a 1929 y Casagrande de 1926 a 1932. Durante este tiempo, se han mejorado los métodos y aparatos de prueba para la consolidación de pruebas. [6] Las contribuciones de Casagrande al método de prueba incluyen el "método Casagrande" para evaluar la presión previa a la compactación de una muestra de suelo natural. [7] La ​​investigación continuó en el MIT en la década de 1940 por Donald Taylor. [ocho]

Tanto la British Standards Institution como la ASTM tienen métodos de prueba estandarizados. ASTM D2435/D2435M-11 cubre pruebas odométricas de carga creciente. ASTM D3877, ASTM D4546 y AASHTO T216 también brindan procedimientos relacionados para realizar otras pruebas similares para determinar las características de consolidación del suelo. [9] BS 1377-5:1990 es la norma británica pertinente para probar odómetros; la serie más amplia BS 1377 también proporciona información básica y consejos prácticos sobre la preparación de muestras para diversas investigaciones geotécnicas. [10] También hay dos estándares ISO para probar odómetros: ISO 17892-5:2017 para probar odómetros de carga incremental; [11] y BS EN ISO 17892-11:2019 cubren varios métodos de prueba de permeabilidad del suelo, incluidas las pruebas odométricas de saturación. [12]

Equipamiento

El odómetro consta principalmente de tres componentes: una "celda de consolidación" para contener la muestra de suelo, un mecanismo para aplicar una presión conocida a la muestra y un instrumento para medir los cambios en el espesor de la muestra. [13]

El equipo necesario para realizar una prueba de odómetro a veces se denomina "kit de prueba de odómetro". Una lista típica de laboratorios de odometría incluye: [14]

La celda de consolidación es la parte del odómetro que contiene la muestra de suelo durante la prueba. En el centro de la celda de consolidación hay un anillo de muestra que contiene la muestra de suelo. El anillo de muestra generalmente tiene la forma de una galleta con un borde afilado en un lado, por lo que el anillo se puede usar para cortar una muestra de suelo de un bloque más grande de suelo natural. Dos piezas de piedra porosa, que encajan perfectamente contra el anillo de muestra, permiten que el agua se drene en la muestra de suelo mientras la sujetan mecánicamente. Todos estos componentes encajan en un cilindro más grande que está ranurado para garantizar la alineación de los componentes y permite que el agua entre y salga de la tubería exterior. Se coloca una tapa de carga rígida sobre la muestra de suelo para aplicar cargas de compresión al suelo. [13] [15]

El mecanismo de carga del odómetro aplica una carga de compresión conocida y, por lo tanto, una tensión de compresión conocida a la muestra de suelo, ya que el diámetro es fijo. La mayoría de los odómetros logran esto con un brazo de palanca y un juego de pesas: las pesas libres brindan una carga gravitacional conocida, y el brazo de palanca multiplica y transfiere la carga a la muestra de suelo. [dieciséis]

Procedimiento de prueba según GOST 12248-2010

La carga de la muestra se lleva a cabo por pasos de carga uniformemente. Cuando se prueban suelos arcillosos y organominerales no perturbados para determinar su resistencia estructural a la compresión, se supone que la primera etapa de presión y las subsiguientes son de 0,0025 MPa hasta que la muestra comienza a comprimirse. El inicio de la compresión debe considerarse a una deformación vertical relativa de la muestra de 0,005. Con más carga, el siguiente valor de presión más alto se toma como la siguiente etapa de presión según 5.4.4.2 GOST 12248-2010 [ 17]

La prueba se lleva a cabo a una presión especificada constante. Las condiciones de drenaje de la muestra (de un solo lado o de dos lados) deben especificarse en el programa de prueba. La presión especificada se aplica a la muestra inmediatamente. Las deformaciones de la muestra se registran a intervalos especificados en 5.4.4.4 de GOST 12248-2010. Durante la prueba, se construye una curva de consolidación en las coordenadas de deformación relativa: se usa la raíz cuadrada del tiempo o una escala logarítmica. En este caso, para determinar el registro de deformaciones, es necesario continuar hasta el establecimiento de una sección lineal de consolidación secundaria.

Según la norma ASTM D2435/D2435M-11, las pruebas odométricas de carga incremental se realizan en pasos de carga de 0,25, 0,50, 1, 2, 4, 8 kg/cm2. [9] La altura de la muestra es de 19 cm, el diámetro es de 7 cm y la carga final es de 308 kg.

Procedimientos de prueba

Hay muchas pruebas de odómetro que se utilizan para medir las propiedades de una consolidación. El tipo más común es la prueba de carga incremental (IL). [Dieciocho]

Las pruebas se llevan a cabo en muestras preparadas a partir de muestras no perturbadas. Se utiliza un anillo limitador rígido de bordes afilados para cortar una muestra de suelo directamente de un trozo más grande de suelo. El exceso de suelo se corta con cuidado, dejando una muestra con una relación de diámetro a altura de 3 o más. Se colocan piedras porosas en la parte superior e inferior de la muestra para proporcionar drenaje. Luego se coloca una tapa de carga dura encima de la piedra porosa superior. Para muestras de suelo saturadas, es importante sumergir completamente el anillo de muestra en agua para evitar que la muestra se seque. [Dieciocho]

Este conjunto se coloca luego en el marco de carga. Las cargas se colocan en el marco, colocando una carga en el suelo. La compresión de la muestra se mide a lo largo del tiempo utilizando un indicador de cuadrante. Al observar el cambio en el valor de desviación a lo largo del tiempo, es posible determinar cuándo el patrón ha llegado al final de la consolidación primaria. Luego se coloca inmediatamente otro peso en el suelo y se repite el proceso. Después de aplicar una carga total significativa, la carga sobre la muestra se reduce gradualmente. El uso de un factor de incremento de carga de 1/2 proporciona suficientes puntos de datos para describir la relación entre el factor de vacío y la tensión efectiva del suelo. [Dieciocho]

Resultados (parámetros recibidos).

La tangente de la pendiente de la curva de compresión tangente se denomina factor de compresibilidad , MPa . Si <0,005 el suelo es ligeramente compresible, 0,005< <0,05 es medianamente compresible, 0,05< el suelo es altamente compresible.

El factor de compresibilidad relativa [19] determinado mediante el Ensayo Odométrico se utiliza para calcular el asentamiento del edificio (ver figura).

Propiedades de consolidación

Notas

  1. ↑ No debe confundirse con la palabra similar pero no relacionada " odómetro ", derivada del griego antiguo ὁδός ( hodos , "camino"), que se refiere a un dispositivo para medir la distancia recorrida por un vehículo.
  2. ↑ GOST 12248.4-2020 Suelos. Determinación de las características de deformabilidad por el método de compresión compresión del 14 de octubre de 2020 - docs.cntd.ru. docs.cntd.ru _ Consultado el 25 de febrero de 2022. Archivado desde el original el 26 de marzo de 2022.
  3. ↑ Definición de parámetros de consolidación
  4. ↑ cláusula 5.1 GOST 12248.4-2020. Determinación de las características de deformabilidad por el método de compresión compresión . Consultado el 26 de marzo de 2022. Archivado desde el original el 26 de marzo de 2022.
  5. ↑ 1 2 Bjerrum, Laurits; Casagrande, Arturo; Picotear, Ralph; Skempton, Alec. (1960). De la Teoría a la Práctica en Mecánica de Suelos . (p44) John Wiley & Sons, Inc.
  6. ↑ Bjerrum, Laurits; Casagrande, Arturo; Picotear, Ralph; Skempton, Alec. (1960). De la Teoría a la Práctica en Mecánica de Suelos . (p6-7) John Wiley & Sons, Inc.
  7. ↑ Coeficiente de presión de la tierra en reposo , Correlaciones geotécnicas para suelos y rocas , John Wiley & Sons, Inc., 2018-06-01, p. 73–75, ISBN 9781119482819 , DOI 10.1002/9781119482819.ch8 
  8. ↑ Taylor, Donald W. (1942). Investigación sobre Consolidación de Arcillas . Instituto de Tecnología de Massachusetts
  9. ↑ 1 2 ASTM D2435/D2435M - 11 Métodos de prueba estándar para las propiedades de consolidación unidimensional de los suelos usando cargas incrementales . www.astm.org . Consultado el 7 de abril de 2019. Archivado desde el original el 7 de abril de 2019.
  10. ↑ BS 1377-5:1990 - Métodos de ensayo de suelos con fines de ingeniería civil. Pruebas de compresibilidad, permeabilidad y durabilidad - BSI British Standards . tienda.bsigroup.com . Consultado el 7 de abril de 2019. Archivado desde el original el 7 de marzo de 2021.
  11. ↑ BS EN ISO 17892-5:2017 - Investigación y pruebas geotécnicas. Pruebas de laboratorio de suelo. Prueba de edómetro de carga incremental . tienda.bsigroup.com . Consultado el 7 de abril de 2019. Archivado desde el original el 27 de septiembre de 2020.
  12. ↑ BS EN ISO 17892-11:2019 Investigación y pruebas geotécnicas. Pruebas de laboratorio de suelo. Ensayos de permeabilidad . tienda.bsigroup.com . Consultado el 7 de abril de 2019. Archivado desde el original el 12 de agosto de 2020.
  13. ↑ 1 2 Sjursen. Prueba de laboratorio - Prueba de edómetro . Instituto Geotécnico de Noruega . Consultado el 14 de abril de 2019. Archivado desde el original el 14 de abril de 2019.
  14. ↑ Equipo de prueba de edómetro de carga frontal . www.cooper.co.uk . Tecnología de investigación de Cooper . Consultado el 5 de septiembre de 2014. Archivado desde el original el 27 de agosto de 2014.
  15. ↑ Célula de consolidación de anillo flotante . www.humboldtmfg.com . Consultado el 14 de abril de 2019. Archivado desde el original el 14 de abril de 2019.
  16. ↑ Consolidación de suelos: edómetros . www.pcte.com.au._ _ Consultado el 14 de abril de 2019. Archivado desde el original el 14 de abril de 2019.
  17. ↑ La Orden de la Agencia Federal de Regulación Técnica y Metrología del 14 de octubre de 2020 N 821-st GOST 12248-2010 fue reemplazada por 11 documentos: GOST 12248.1-2020 - GOST 12248.11-2020, cada uno de los cuales establece requisitos para métodos individuales, que , entraron en vigor respectivamente el 1 de junio de 2021.
  18. ↑ 1 2 3 Terzaghi, Karl; Picotear, Ralph; Mesri, Gholamreza (1996). Mecánica de suelos en la práctica de la ingeniería (3.ª edición). (Artículo 16.9) Wiley-Interscience
  19. ↑ Factor de compresibilidad relativo
  20. ↑ Terzaghi, Karl; Picotear, Ralph; Mesri, Gholamreza (1996). Mecánica de suelos en la práctica de ingeniería (3ª edición). (Artículo 16.4) Wiley-Interscience
  21. ↑ 1 2 Terzaghi, Karl; Picotear, Ralph; Mesri, Gholamreza (1996). Mecánica de suelos en la práctica de ingeniería (3ª edición). (Artículo 16.6) Wiley-Interscience
  22. ↑ 1 2 Terzaghi, Karl; Picotear, Ralph; Mesri, Gholamreza (1996). Mecánica de suelos en la práctica de ingeniería (3ª edición). (Artículo 16.7) Wiley-Interscience